綠氫發(fā)展迎來(lái)重大利好！
近日，德國(guó)工業(yè)巨頭、世界500強(qiáng)企業(yè)蒂森克虜伯宣布，旗下氫能業(yè)務(wù)板塊蒂森克虜伯新紀(jì)元公司成功在法蘭克福證券交易所（高級(jí)市場(chǎng)）上市。截至當(dāng)前，蒂森克虜伯新紀(jì)元已有訂單價(jià)值約14億歐元，簽約項(xiàng)目的電解總裝機(jī)容量超過(guò)3GW（吉瓦），這是2022年全球總裝機(jī)容量的2倍多。
在全球溫室氣體減排的大背景下，脫碳成了各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要任務(wù)，我國(guó)也制定了“雙碳”目標(biāo)。而綠氫的大規(guī)模應(yīng)用則是脫碳的一條必由之路。
盡管綠氫具備了脫碳的所有優(yōu)勢(shì)，但其制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用等環(huán)節(jié)都尚存不同挑戰(zhàn)。
以制氫環(huán)節(jié)為例，國(guó)能經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司高級(jí)工程師王明華撰文稱，雖然電解水制“綠氫”不會(huì)產(chǎn)生碳排放，但目前綠氫制取的技術(shù)不如化石燃料制氫成熟，制綠氫成本也相對(duì)更高。
而相比于制氫，儲(chǔ)氫所面對(duì)的挑戰(zhàn)難度更大。華南理工大學(xué)廣東省先進(jìn)儲(chǔ)能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授王平對(duì)新京智庫(kù)說(shuō)：“因?yàn)槟壳斑€沒(méi)有哪項(xiàng)技術(shù)可以做到既高效又安全。”
不過(guò)，這些問(wèn)題正逐個(gè)得到解決。氫能大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用即將到來(lái)。
蒂森克虜伯將用綠氫煉鋼
華北電力大學(xué)氫能教研室主任、二級(jí)教授劉建國(guó)告訴新京智庫(kù)，蒂森克虜伯新紀(jì)元的上市對(duì)于綠氫商業(yè)化應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的風(fēng)向標(biāo)，“是綠氫時(shí)代的開(kāi)始”。
蒂森克虜伯是一家擁有200多年歷史的跨國(guó)公司，生產(chǎn)并影響較大的產(chǎn)品有蒂森克虜伯電梯、克虜伯大炮等，曾經(jīng)亦被稱為“世界鋼鐵大王”，進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)有超150年的歷史。蒂森克虜伯新紀(jì)元公司是由原蒂森克虜伯伍德氯工程技術(shù)公司更名而來(lái)，后者是全球氯堿電解的領(lǐng)先企業(yè)。
在全球溫室氣體減排的大背景下，低碳甚至零碳發(fā)展成了蒂森克虜伯下一步發(fā)展的重要方向。因而，蒂森克虜伯近些年來(lái)持續(xù)加大在綠氫方面的資源傾斜，使得蒂森克虜伯新紀(jì)元已成為世界一流的綠氫生產(chǎn)電解設(shè)備供應(yīng)商之一。
蒂森克虜伯之所以上市的重要前提，是其具備了供應(yīng)大規(guī)模制取綠氫設(shè)備的能力。蒂森克虜伯新紀(jì)元新簽約的電解總裝機(jī)容量超過(guò)3GW，這相當(dāng)于2022年全球裝機(jī)總量的2倍多，也是其2022年生產(chǎn)量的約3倍。
綠氫是眾多能源密集型產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)脫碳的一個(gè)關(guān)鍵因素，對(duì)實(shí)現(xiàn)氣候保護(hù)的目標(biāo)至關(guān)重要。蒂森克虜伯新紀(jì)元的堿性水電解（AWE）技術(shù)，不同于其他技術(shù)，可以工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)綠氫。這得益于其在電解技術(shù)領(lǐng)域（包括工廠建設(shè)和技術(shù)服務(wù)）擁有超過(guò)半個(gè)世紀(jì)的豐富經(jīng)驗(yàn)。
不僅如此，碳排放量占德國(guó)總量2.5%的蒂森克虜伯鋼鐵業(yè)務(wù)也將是氫能源使用的大戶。
今年3月，蒂森克虜伯鋼鐵與西馬克集團(tuán)（SMS）簽署合同，為蒂森克虜伯杜伊斯堡鋼廠設(shè)計(jì)、交付和建造第一座氫能源直接還原工廠。蒂森克虜伯官網(wǎng)介紹，這“將成為世界上第一家將 100% 氫氣直接還原與新型熔煉設(shè)備相結(jié)合的鋼鐵制造商”。
截至當(dāng)前，煤基還原的高爐煉鐵生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，僅杜伊斯堡生產(chǎn)基地每年就排放約2000萬(wàn)噸。直接還原工廠中的氫基工藝為將來(lái)實(shí)現(xiàn)完全碳中和的鋼鐵生產(chǎn)奠定了重要基礎(chǔ)。該項(xiàng)目將在未來(lái)每年減少超過(guò) 350 萬(wàn)噸的二氧化碳排放。
而蒂森克虜伯鋼鐵計(jì)劃，到2030年減少600萬(wàn)噸的二氧化碳排放，占總排放量的30%，最遲于2045年完成向完全碳中和生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型。
國(guó)內(nèi)30家公司同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)
“我國(guó)也具備實(shí)現(xiàn)大規(guī)模堿性電解水制氫的能力。”有研（廣東）新材料技術(shù)研究院劉慶林博士對(duì)新京智庫(kù)說(shuō)。截至目前，我國(guó)已經(jīng)有多家企業(yè)成功研發(fā)了大規(guī)模（≥1500Nm[gf]b3[/gf]/h）、低能耗（≤4.4kWh/Nm[gf]b3[/gf]）的堿性電解水制氫系統(tǒng)。
《2022中國(guó)電解水制氫產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書(shū)》顯示，我國(guó)目前有西安隆基氫能科技有限公司、中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司、考克利爾競(jìng)立（蘇州）氫能科技有限公司和陽(yáng)光氫能科技有限公司等30家堿性電解水制氫設(shè)備供應(yīng)公司，總產(chǎn)能11GW。
堿性電解水制氫是一項(xiàng)古老的技術(shù)。公開(kāi)資料顯示，1789年，荷蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電解水現(xiàn)象。1888年，俄國(guó)物理學(xué)家將堿性電解水過(guò)程成功運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)中。20世紀(jì)中葉，堿水電解已基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
劉慶林介紹，制取“綠氫”有光催化、電催化和熱催化裂解水制氫三種方式。其中效率最高、最環(huán)保的就是利用可再生能源發(fā)電耦合電解水制氫。目前市場(chǎng)上的電解水制氫技術(shù)可分為四類，即堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜電解水制氫、陰離子交換膜電解水制氫以及固體氧化物電解水制氫。其中，前兩種技術(shù)已得到商業(yè)化，后兩種技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段或示范階段。
2022年我國(guó)電解水制氫設(shè)備出貨量為776MW（兆瓦），而今年一季度即超過(guò)了2022年一年的出貨水平，達(dá)835MW。多家機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2023年我國(guó)電解水制氫設(shè)備出貨量將超2GW，而全球?qū)⒃黾又?GW。
劉建國(guó)表示，在碳減排的大背景下，未來(lái)在市場(chǎng)足夠大的情況下，做強(qiáng)做大的中國(guó)企業(yè)也將誕生相關(guān)上市公司。
不僅堿性電解水制氫有投產(chǎn)項(xiàng)目，其他類型的電解水制氫也有投產(chǎn)項(xiàng)目。比如2022年12月，我國(guó)最大質(zhì)子交換膜電解水制氫示范項(xiàng)目在中原油田投產(chǎn)。該項(xiàng)目以“綠電”制“綠氫”，高純度(純度為99.9995%)“綠氫”產(chǎn)能每天可達(dá)1.12噸（1千克氫約等于11.2標(biāo)準(zhǔn)立方米）。
《藍(lán)皮書(shū)》顯示，我國(guó)也有約20家質(zhì)子交換膜電解水制氫設(shè)備供應(yīng)公司。
此外，原來(lái)處于實(shí)驗(yàn)室研究階段的水制氫路徑也有了突破。中國(guó)能源報(bào)報(bào)道，今年4月25日，國(guó)內(nèi)首條固體氧化物電解水制氫（SOEC）電堆自動(dòng)化產(chǎn)線正式下線，年產(chǎn)能可達(dá)100MW，可兼容多型號(hào)電堆生產(chǎn)。
電價(jià)瓶頸將破
隨著我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源電力裝機(jī)容量的快速增加，可再生能源電力價(jià)格也在持續(xù)下降。這也有利于電解水制氫的大規(guī)模投產(chǎn)——在電解水制氫成本影響因素中，電價(jià)是最大的影響因素。
“煤制氫仍是目前所有制氫形式中最便宜的。”劉建國(guó)說(shuō)。煤制氫經(jīng)過(guò)純化之后的價(jià)格大概在大概1.0元，而可再生能源電力的電價(jià)約0.35元，5度電制1立方氫，也就是制1立方氫1.7元。
那可再生能源電力電價(jià)降到多少錢(qián)才能比煤制氫還更便宜呢？
王明華表示，當(dāng)可再生能源電價(jià)下降到0.20元/kWh時(shí)，電解水制氫成本處于煤制氫+CCS（二氧化碳捕集與封存）成本區(qū)間；當(dāng)新能源電價(jià)下降到0.15元/kWh時(shí)，電解水制氫成本處于煤制氫+碳價(jià)成本區(qū)間；當(dāng)新能源電價(jià)下降到0.10元/kWh時(shí)，電解水制氫成本處于煤制氫成本區(qū)間。由此可見(jiàn)，在不同條件下，隨著碳中和目標(biāo)的實(shí)施，“綠氫”生產(chǎn)的成本將接近甚至低于“灰氫”。
劉建國(guó)表示，如果電解水制氫設(shè)備價(jià)格進(jìn)一步降低，那么大規(guī)模制綠氫的時(shí)間點(diǎn)可能更早到來(lái)，“業(yè)界預(yù)測(cè)這個(gè)節(jié)點(diǎn)或?qū)⒃?027年至2030年間”。
實(shí)際上，不管是可再生能源電價(jià)還是電解水制氫設(shè)備都具備了價(jià)格在下降的條件。后者的產(chǎn)能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了出貨量，而前者在國(guó)家的能源規(guī)劃中也是要進(jìn)一步提高裝機(jī)量和發(fā)電量。
自2010年以來(lái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電、聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電、陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電的成本分別下降了82%、47%、39%和29%。成本的下降為可再生能源提供了新的發(fā)展契機(jī)，也為制綠氫的成本大幅下降創(chuàng)造了有利條件。
2022年，我國(guó)可再生能源發(fā)電量是2.7萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量的31.6%。而《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出，2025年時(shí)，我國(guó)可再生能源年發(fā)電量要達(dá)到約3.3萬(wàn)億千瓦時(shí)，可再生能源發(fā)電量增量在全社會(huì)用電量增量中的占比超過(guò)50%，風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電量實(shí)現(xiàn)翻番。2022年，我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電量是1.19萬(wàn)億千瓦時(shí)。
管道或?qū)⒔鉀Q運(yùn)輸難題
一個(gè)普遍的共識(shí)是，儲(chǔ)氫所需要解決的技術(shù)難題比制氫難度大。
劉慶林介紹，氫的儲(chǔ)存主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固體儲(chǔ)氫三種方式。目前以氣態(tài)儲(chǔ)氫為主，因?yàn)闅鈶B(tài)儲(chǔ)氫的技術(shù)成熟，但缺點(diǎn)是單位體積儲(chǔ)氫密度低、壓力高、安全性較低。在航天工程中成功使用了的低溫液態(tài)儲(chǔ)氫，具有儲(chǔ)氫密度高優(yōu)勢(shì)，但液氫裝置一次性投資較大，液化過(guò)程中能耗較高，儲(chǔ)存過(guò)程中有一定的蒸發(fā)損失等也影響了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。
固態(tài)儲(chǔ)氫雖然具有儲(chǔ)氫密度高、儲(chǔ)氫壓力低、安全性好、放氫純度高等優(yōu)勢(shì)，其體積儲(chǔ)氫密度高于液氫，但該項(xiàng)儲(chǔ)氫方式投資成本較高，而且目前尚處于示范應(yīng)用階段。“鑒于其本征安全特性和高體積儲(chǔ)氫密度，固態(tài)儲(chǔ)氫備受關(guān)注，將成為儲(chǔ)氫領(lǐng)域的熱點(diǎn)。”劉慶林說(shuō)。
王平介紹，現(xiàn)在氫燃料電池車主要采用的是物理儲(chǔ)存方式，即采用高壓氫容器儲(chǔ)存氣態(tài)氫氣，其壓力可達(dá)700-1000個(gè)大氣壓——日常生活中所使用到的煤氣罐是5-12個(gè)大氣壓。問(wèn)題是，高壓氫容器雖然解決了儲(chǔ)氫的高效問(wèn)題，但還無(wú)法滿足“安全”性需求。
與儲(chǔ)氫相伴生的問(wèn)題是解決長(zhǎng)距離輸氫問(wèn)題。這受我國(guó)可再生能源分布的影響，尤其是太陽(yáng)能資源分布的影響。
我國(guó)太陽(yáng)能資源分布總體呈“高原大于平原、西部干燥區(qū)大于東部濕潤(rùn)區(qū)”的分布特點(diǎn)。其中，青藏高原最為豐富。
因此，德國(guó)國(guó)家工程院院士、國(guó)家電網(wǎng)公司特聘專家雷憲章呼吁，大力發(fā)展高效、高安全性、長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)，將有助于氫能的大規(guī)模推廣利用。
不過(guò)，要解決長(zhǎng)距離輸氫也不是沒(méi)有可行的辦法。
中國(guó)國(guó)際經(jīng)濟(jì)交流中心能源政策研究部景春梅等人發(fā)表的署名文章稱，管道輸氫在產(chǎn)業(yè)鏈中扮演著承上啟下的重要角色，如能形成類似天然氣那樣的多點(diǎn)供應(yīng)氫氣管網(wǎng)，不僅可解示范城市氫源之憂，還能通過(guò)規(guī)模化輸送攤薄儲(chǔ)運(yùn)成本。同時(shí)，也有利于形成統(tǒng)一的氫能價(jià)格體系，推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)整體降本提效和推廣應(yīng)用。
基于氫氣供應(yīng)鏈的空間模型，研究表明，改造現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)的80%在技術(shù)上是可行的，而且天然氣管網(wǎng)中的大型儲(chǔ)能將成為重要的輸氫系統(tǒng)要素。多項(xiàng)研究表明鹽穴有利于儲(chǔ)存大量氫氣。
實(shí)際上，管道輸氫已有現(xiàn)成案例。尤其是國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局2022年3月印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》（下稱《規(guī)劃》）明確了氫能的能源屬性后，管道輸氫研究示范不斷提速。
比如，今年4月16日，中石油即發(fā)布消息稱，用現(xiàn)有天然氣管道長(zhǎng)距離輸送氫氣的技術(shù)獲得了突破。在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺(tái)，397公里長(zhǎng)的天然氣管道中的氫氣比例已經(jīng)達(dá)到了24%，并且運(yùn)行安全穩(wěn)定。
景春梅等人的文章介紹，管道輸氫已有80余年歷史。近幾年，主要發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始加快對(duì)輸氫管網(wǎng)的布局，預(yù)計(jì)歐洲2040年將建成4萬(wàn)公里輸氫管道。目前全球輸氫管道總長(zhǎng)度為5000多公里，以純氫為主，90%以上在美國(guó)和歐洲，主要為封閉的供應(yīng)系統(tǒng)，由大型氫氣公司供應(yīng)大型工業(yè)中心。
氫能的屬性管理需改變
多位受訪者認(rèn)為，盡管我國(guó)氫能大規(guī)模應(yīng)用的條件逐漸成熟，但仍有一些問(wèn)題需解決。
劉建國(guó)表示，政府對(duì)氫能的大規(guī)模應(yīng)用需要持續(xù)重視。國(guó)家出臺(tái)了《規(guī)劃》，也設(shè)立了燃料電池汽車示范城市群，但這種重視還需要有一些更加具體的政策體現(xiàn)。比如，能否加快綠氫的認(rèn)證工作，把綠氫納入碳減排方案之中。
“暫停6年的CCER（國(guó)家核證自愿減排量）將于年內(nèi)重啟，那能否將氫氣也納入其中？”劉建國(guó)說(shuō)。碳中和是氫能發(fā)展的一個(gè)重要推手。未設(shè)定“雙碳”目標(biāo)之前，氫燃料電池車更多的是作為汽車的一種清潔交通工具在“自生自滅”式發(fā)展，現(xiàn)在國(guó)家設(shè)定了“雙碳”目標(biāo)，這個(gè)推動(dòng)作用就大了。
劉建國(guó)解釋，氫燃料電池車作為氫能大規(guī)模使用的一種方式，在未來(lái)將達(dá)到氫能消費(fèi)總量的三分之一左右。剩余的氫氣主要用于諸如鋼鐵、化工等工業(yè)生產(chǎn)和公眾的生產(chǎn)生活中。
也就是說(shuō)，在2060年我國(guó)氫能需求將達(dá)到1.3億噸之時(shí)，氫燃料電池車消耗的氫氣將達(dá)到約0.4億噸。截至2022年底，我國(guó)氫燃料電池車保有量?jī)H1.23萬(wàn)輛，而消耗這么多氫氣需要至少1500萬(wàn)輛氫燃料電池車。
再如，對(duì)氫能的財(cái)政支持力度上也需加強(qiáng)和持續(xù)投入。劉建國(guó)算了一筆賬，5個(gè)示范城市群累計(jì)扶持資金不到100億元，這與此前的電動(dòng)汽車扶持資金相比是“太少了”。
劉建國(guó)還認(rèn)為，此前一直把氫作為?；穪?lái)管理。《規(guī)劃》發(fā)布后明確了其能源屬性。但還需要進(jìn)一步明確氫作為?；放c能源的雙重屬性，就像汽油一樣。如果把汽油作為?；饭芾?，那車上就不能抽煙，但是汽油一旦加進(jìn)汽車油箱后，汽油就有了其另一個(gè)屬性，交通能源。
劉慶林則建議，要實(shí)現(xiàn)氫能的產(chǎn)業(yè)化，需要對(duì)“制、儲(chǔ)、運(yùn)、加和用”五大環(huán)節(jié)的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化研究。以制氫環(huán)節(jié)為例，目前我國(guó)主要的電解水制氫設(shè)備廠家主要致力于擴(kuò)大設(shè)備規(guī)格，提高產(chǎn)能等，而較少對(duì)電極、隔膜和極板的性能和穩(wěn)定性進(jìn)行深入研究，重要零部件更新?lián)Q代的速度較慢，不利于提高電解槽的制氫性能、降低制氫能耗和成本。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈的其他環(huán)節(jié)也存在類似問(wèn)題，需要政府和企業(yè)加大研發(fā)力度，解決氫能行業(yè)目前存在的瓶頸問(wèn)題，“才能早日實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)化”。劉慶林說(shuō)。
基于氫能大規(guī)模商用尚處于推廣示范階段，也有專家建議，需要對(duì)于氫能示范項(xiàng)目進(jìn)行跟蹤評(píng)估，“要上一個(gè)項(xiàng)目就要充分論證其可行性和先進(jìn)性，既然上了就要示范出點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)”。
原標(biāo)題：世界500強(qiáng)帶頭上市！這個(gè)新能源行業(yè)站上新風(fēng)口
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